高壓巡檢機(jī)器人機(jī)械的設(shè)計(jì)探究

林海 李鐵明

摘 要：為了保證高壓輸電線路的穩(wěn)定運(yùn)行，定期需要對(duì)高壓輸電線路進(jìn)行巡檢，高壓輸電線路巡檢機(jī)器人的應(yīng)用，有效提高了輸電線路的巡檢效率，避免了人工巡檢所具有的危險(xiǎn)性，降低了人力和物力方面的投入。巡檢機(jī)器人的實(shí)用性能與其機(jī)械本體結(jié)構(gòu)有直接的關(guān)系，合理化的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是影響機(jī)器人應(yīng)用和發(fā)展的主要技術(shù)之一。該文對(duì)高壓輸電線路巡檢機(jī)器人的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究和探討。

關(guān)鍵詞：高壓 輸電線路 巡檢 機(jī)器人

中圖分類號(hào)：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）04（b）-0039-01

隨著我國(guó)電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，高壓輸電線路在我國(guó)電路傳輸中占有十分關(guān)鍵的地位，為電力輸送發(fā)揮著重要的作用。高壓輸電線路能夠安全、穩(wěn)定的運(yùn)行與社會(huì)發(fā)展和人民的日常生活息息相關(guān)。為了保證高壓輸電線路能夠穩(wěn)定可靠的運(yùn)行，需要對(duì)輸電線路定期進(jìn)行巡檢和維護(hù)。傳統(tǒng)的輸電線路的巡檢以人工檢測(cè)的方法為主，不僅巡檢效率低，而且具有一定的危險(xiǎn)性，特別是在惡劣的環(huán)境下，采用人工巡檢的方式對(duì)高壓輸電線路進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，需要投入大量人力、物力和財(cái)力，加上線路的日益復(fù)雜，人工巡檢操作困難，危險(xiǎn)性高。巡檢機(jī)器人的應(yīng)用有效的取代了人工巡檢存在的弊端，自應(yīng)用以來(lái)受到行業(yè)專家和學(xué)者的廣泛關(guān)注。在復(fù)雜的高壓線路環(huán)境下，巡檢機(jī)器人要高效的完成巡檢任務(wù)，需要有在線行走和跨越障礙的能力，因此，機(jī)器人本身的機(jī)械結(jié)構(gòu)就直接影響著機(jī)器人的實(shí)用性能，也是巡檢機(jī)器人應(yīng)用和發(fā)展的重要技術(shù)之一。

1 巡檢機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的組成和功能

在高壓輸電線路上存在多種障礙物，如防振錘、跳線、線夾等，機(jī)器人要在高壓線路上以高空懸掛的方式完成巡檢任務(wù)，就需要其機(jī)械本體具有行走和越障的機(jī)構(gòu)，以使巡檢機(jī)器人能夠在高壓輸電線路上實(shí)現(xiàn)行蹤和在線越障，保證其能夠在輸電線路上持續(xù)工作。

高壓輸電線路上的巡檢機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)，是機(jī)器人的基本組成結(jié)構(gòu)，是巡檢機(jī)器人性能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。線路巡檢機(jī)器人與地面機(jī)器人在行走方式上市截然不同的，不僅要在線路上行走，同時(shí)還需要在線路上保持平衡穩(wěn)定的狀態(tài)。從仿生學(xué)的角度來(lái)看，巡檢機(jī)器人在輸電線路上的行走與人類在鋼絲上行走極為相似。人類在鋼絲繩上行走一般利用雙臂將身體在鋼索上懸掛，采用雙手交替抓握鋼索的方式在鋼絲繩上行走。或者是采用平衡桿來(lái)保持身體的平衡性，采用平地行走的方式行走。兩種方式相較而言，前者穩(wěn)定性更高，行走速度更快。根據(jù)放生機(jī)械設(shè)計(jì)的原理，機(jī)器人在線行走功能設(shè)計(jì)原理可模仿人體懸掛在鋼索上行走的模式，采用滑輪在線滑動(dòng)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2 巡檢機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 巡檢機(jī)器人基本結(jié)構(gòu)組成

如圖1所示，高壓巡檢機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要分為機(jī)器人雙臂和機(jī)器人箱體兩個(gè)部分。箱體中裝置由控制器、無(wú)限收發(fā)器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等電子設(shè)備。雙臂是巡檢機(jī)器人用來(lái)越障的主要機(jī)構(gòu)，電機(jī)位于手臂的前端用來(lái)驅(qū)動(dòng)和控制機(jī)器人的行走，在電機(jī)兩側(cè)裝置有手爪，能夠?yàn)闄C(jī)器人行走和越障提供保護(hù)。巡檢機(jī)器人的雙臂是對(duì)稱的，每個(gè)手臂具有四個(gè)自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)，上臂裝置由轉(zhuǎn)動(dòng)副和上下伸縮移動(dòng)副，下臂有轉(zhuǎn)動(dòng)副和水平方向移動(dòng)副。機(jī)器人手臂具有大范圍回轉(zhuǎn)的功能，手臂可以機(jī)器人本體進(jìn)行移動(dòng)，雙臂的八個(gè)自由度為機(jī)器人的行走和越障能力的實(shí)現(xiàn)提供保障。

2.2 巡檢機(jī)器人的硬件結(jié)構(gòu)

巡檢機(jī)器人的控制系統(tǒng)包括本體和地面基站。機(jī)器人具有各自獨(dú)立的圖像傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)指令傳輸系統(tǒng)，在不同的信道內(nèi)各種承擔(dān)工作任務(wù)。機(jī)器人的狀態(tài)通過(guò)無(wú)線通信的方式進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和監(jiān)督。機(jī)器人本體與地面基站之間建立有專門的無(wú)線圖像傳輸系統(tǒng)，機(jī)器人在巡檢任務(wù)的執(zhí)行過(guò)程中將線路狀況拍攝成圖像信息通過(guò)無(wú)線通信系統(tǒng)傳送到地面基站。

2.3 控制系統(tǒng)

高壓輸電線路路巡檢機(jī)器人在執(zhí)行線路巡檢任務(wù)的過(guò)程中，沿著輸電線路架空行走，因?yàn)檩旊娋€路離地面較高，因此巡檢機(jī)器人的控制不僅僅包括線路上行走，同時(shí)還包括上線、跨越障礙、線路檢測(cè)、下線等一系列的任務(wù)執(zhí)行過(guò)程。控制系統(tǒng)必須對(duì)機(jī)器人進(jìn)行全程的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和控制，保證機(jī)器人每一個(gè)動(dòng)作的安全。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)上述任務(wù)的有效控制，本文設(shè)計(jì)的高壓巡檢機(jī)器人包括輔助控制系統(tǒng)、行走過(guò)程控制系統(tǒng)、越障過(guò)程控制系統(tǒng)、異常情況處理四個(gè)部分。

3 高壓巡檢機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展前景

高壓巡檢機(jī)器人自應(yīng)用以來(lái)，受到全球電力行業(yè)的廣泛關(guān)注，成為電力領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。隨著新技術(shù)的不斷開發(fā)和更新，巡檢機(jī)器人也必將朝著輕量化、簡(jiǎn)單化、高效化的發(fā)展方向，應(yīng)用前景十分廣闊。

3.1 輕量化發(fā)展

機(jī)器人的性能取決于其本身的機(jī)械結(jié)構(gòu)、材料、系統(tǒng)模塊配置等因素。從我國(guó)現(xiàn)今高壓巡檢機(jī)器人的應(yīng)用來(lái)看，主要依靠蓄電池進(jìn)行能源供應(yīng)，現(xiàn)今很多學(xué)者致力于利用感應(yīng)原理對(duì)機(jī)器人在高壓線路工作狀態(tài)下的取電，以實(shí)現(xiàn)工作中的自我供電取代傳統(tǒng)的蓄電池供電，這種方式的應(yīng)用能夠有效的減輕機(jī)器人的重量。同時(shí)材料科學(xué)的不斷發(fā)展進(jìn)步，是機(jī)器人在材料方面更加先進(jìn)，是巡檢機(jī)器人的輕量化設(shè)計(jì)成為可能。

3.2 簡(jiǎn)單化發(fā)展

隨著控制技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器人的控制復(fù)雜性會(huì)不斷降低，不僅操作更為簡(jiǎn)單，而且工作效率同時(shí)得到有效的提高。隨著對(duì)機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的不斷優(yōu)化，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，機(jī)器人的越障能力更加靈活，協(xié)調(diào)性更好。

3.3 高穩(wěn)定性、高效性發(fā)展

衡量巡檢機(jī)器人的性能是以機(jī)器人運(yùn)行的穩(wěn)定性和高效性為標(biāo)準(zhǔn)的，巡檢機(jī)器人大多應(yīng)用在戶外比較惡劣的環(huán)境條件下，而且其是在懸掛的狀態(tài)下執(zhí)行巡檢任務(wù)，為了保證其工作質(zhì)量，必須首先保證其具有較高的穩(wěn)定性和高效性，這一直是研究人員關(guān)于巡檢機(jī)器人研發(fā)的重點(diǎn)問(wèn)題，也是高壓巡檢機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

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